近年來，在工程施工中，針對(duì)某些工程構(gòu)造物的混凝土表面出現(xiàn)了脫落露筋現(xiàn)象，人們對(duì)鋼筋混凝土的耐久性越來越引起了重視，下面就鋼筋混凝土的耐久性設(shè)計(jì)和氯離子的腐蝕做一些探討。
　　鋼筋銹蝕是一個(gè)電化學(xué)過程。當(dāng)鋼筋局部表面cl-聚集達(dá)一定濃度時(shí)，鈍化膜破壞，該部位作為陽極引發(fā)銹蝕：Fe→Fe2++2e-。其它部位為陰極，發(fā)生的反應(yīng)：O2+2H2O+4e-→4OH-。通常采取阻止銹蝕的補(bǔ)救辦法有：將結(jié)構(gòu)與腐蝕環(huán)境隔離，如表面涂料或薄膜，聚合物混凝土罩面，乳液改性混凝土等，局部更新，如敲掉破壞部分的混凝土，對(duì)銹蝕鋼筋進(jìn)行處理并補(bǔ)以新的混凝土；電化學(xué)方法的陰極保護(hù)，以及聚合物灌注等。目前，又有應(yīng)用電化學(xué)原理將cl-釋放到混凝土外部與罩面結(jié)合的方法，等等。但是，所有這些都是不得已的辦法，它們不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)事，而且有時(shí)難于實(shí)施和奏效，且費(fèi)用高昂。近幾年，一些學(xué)者提出了結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方法，建設(shè)部也將混凝土結(jié)構(gòu)耐久性及耐久性設(shè)計(jì)列為科技攻關(guān)項(xiàng)目。可見，結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)已引起人們的重視。
　　一、耐久性設(shè)計(jì)思路
　　通常，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸破壞。這一過程如圖所示。從圖可看出，結(jié)構(gòu)物的耐久性與設(shè)計(jì)時(shí)一定的可靠度取值有關(guān)，受環(huán)境條件、荷載條件、所用材料、施工及維護(hù)質(zhì)量等困素的影響。如曲線①、②和③，以曲線①設(shè)計(jì)為準(zhǔn)，曲線②的耐久性較好，曲線③的較差。有人從提高可靠度指標(biāo)出發(fā)，建議結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單地引入耐久性設(shè)計(jì)系數(shù)η，使規(guī)范中的公式S≤R變?yōu)镾≤ηR，其中S為內(nèi)力設(shè)計(jì)值部分，R為結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計(jì)值部分。
　　
　　從圖中還可看出，結(jié)構(gòu)物的耐久性受修復(fù)與否及修復(fù)時(shí)間影響。如對(duì)曲線①的設(shè)計(jì)，不進(jìn)行修復(fù)時(shí)，一定性能要求下的使用壽命為OB；而對(duì)一定的修復(fù)條件（如材料、工藝），在B點(diǎn)時(shí)修復(fù)（曲線④）使用壽命可以延長(zhǎng)BA；在C點(diǎn)時(shí)修復(fù)（曲線⑤），壽命可延長(zhǎng)BD。可見BD＞BA有，且使用期CA段內(nèi)較在B點(diǎn)時(shí)進(jìn)行修復(fù)大為提高。因此，可以預(yù)計(jì)：若在O點(diǎn)時(shí)進(jìn)行修復(fù)，即在結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮可靠度取值與環(huán)境、荷載、材料、施工及維護(hù)等因素，將結(jié)構(gòu)物建設(shè)與修復(fù)合二為一，實(shí)現(xiàn)耐久性設(shè)計(jì)，則無論對(duì)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)物使用壽命，還是提高使用期內(nèi)性能，都將是最經(jīng)濟(jì)和有效的。
　　二、cl-腐蝕過程
　　1.潛伏階段：cl-腐穿透混凝土保護(hù)層聚集于鋼筋表面。該階段主要由混凝土中原始的cl-含量及cl-在混凝土中的擴(kuò)散速度決定。當(dāng)混凝土原材料中（如海砂）含cl-很高時(shí)，則無此階段。
　　2.發(fā)生發(fā)展階段：鋼筋開始銹蝕，且由于銹蝕產(chǎn)物聚集及膨脹，使混凝土保護(hù)層開裂。主要影響因素：溶解的氧、水分和混凝土電阻。
　　3.加速階段：沿鋼筋方向出現(xiàn)裂縫（縱向裂縫），腐蝕速度加快，伴有混凝土保護(hù)層鼓起及脫落。主要影響因素與發(fā)生發(fā)展階段基本相同，但也受荷載作用影響，如在高應(yīng)力重復(fù)加載下極限強(qiáng)度和延性降低。
　　4.破壞階段：鋼筋繼續(xù)銹蝕，斷面減小及強(qiáng)度降低顯著，以至結(jié)構(gòu)破壞。主要影響因素基本與加速階段相同。
　　在這些階段中，最關(guān)鍵的因素是cl-和O2量。前者決定鋼筋銹蝕開始，后者決定銹蝕速度。在許多確定cl-腐蝕的鋼筋混凝土使用壽命方法中，較合理的方法是：以第一條縱向裂縫出現(xiàn)的時(shí)間為準(zhǔn)，即以前兩階段（潛伏階段和發(fā)生發(fā)展階段）時(shí)間之和作為結(jié)構(gòu)物的使用壽命。因?yàn)橥ǔ０l(fā)生發(fā)展階段（由O2擴(kuò)散決定）比潛伏階段（由cl-擴(kuò)散決定）短得多，實(shí)際結(jié)構(gòu)物的使用壽命主要取決于潛伏階段時(shí)間，即取決于鋼筋表面的cl-聚集速度。
　　三、耐久性設(shè)計(jì)方法
　　本耐久性設(shè)計(jì)方法主要考慮cl-腐蝕，并偏于安全地著眼于cl-腐蝕過程的潛伏階段來提高結(jié)構(gòu)物的使用壽命。
　　根據(jù)Fick第二定律，有如下關(guān)系式：
　　
　　其中：x—由表面進(jìn)入混凝土中的深度；t—暴露時(shí)間；De—cl-濃度在混凝土中的有效擴(kuò)散系數(shù)；Ci——混凝土內(nèi)部原始cl-濃度；Cs—混凝土暴露表面的cl-濃度；C（x，t）—時(shí)間t深度x處的cl-濃度；erf——高斯誤差函數(shù)。
　　（1）式中，若取x為混凝土的保護(hù)層厚度，則C（x，t）為鋼筋表面的cl-濃度；當(dāng)C（x，t）達(dá)到引發(fā)鋼筋銹蝕的臨界濃度時(shí)，由前述分析可知，t為結(jié)構(gòu)物的cl-腐蝕使用壽命。根據(jù)該公式，對(duì)一定的結(jié)構(gòu)物使用壽命t，可得許多cl-腐蝕的耐久性設(shè)計(jì)方法（如表）。
　　四、結(jié)束語
　　cl-引起的大量結(jié)構(gòu)物過早破壞，已使越來越多的人們認(rèn)識(shí)到耐久性設(shè)計(jì)的重要。但由于耐久性設(shè)計(jì)涉及諸多耐久影響因素、破壞機(jī)理，以及方法選擇等方面的內(nèi)容，通常比常規(guī)設(shè)計(jì)復(fù)雜，而且一次性設(shè)計(jì)與施工的造價(jià)較高。這是當(dāng)前耐久性設(shè)計(jì)實(shí)施的難點(diǎn)所在，而建立簡(jiǎn)單而合理的耐久性設(shè)計(jì)方法和增強(qiáng)總體經(jīng)濟(jì)觀念是解決該問題的急需。